CN206819120U - 用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置及光纤传感系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置，其中，差分放大器接收光电探测信号，运算放大器的输入端与差分放大器的输出端相连，模数转换器的输入端与运算放大器的输出端相连，模数转换器的输出端与主控制模块的输入端相连，用于输出采集到的数据信号；主控制模块包括现场可编辑逻辑门阵列，现场可编辑逻辑门阵列用于对采集到的数据信号进行处理，并输出时钟信号至模数转换器；数据传输模块用于将现场可编辑逻辑门阵列输出的处理后的数据信号上传至上位机。本实用新型还提供一种光纤传感系统。本实用新型的用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置及光纤传感系统数据采集处理速度快、稳定性好、且灵活性高。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤传感技术领域，特别是涉及一种用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置及光纤传感系统。
背景技术
模拟—数字信号采集处理器应用于光时域反射定位系统的前端，信号采集的稳定性和信号质量的好坏直接影响到光纤传感系统定位的精度与准确性。
但现有的光纤传感系统当中的模数转换芯片的转换速度没有达到最大限度的利用，同时，很多用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置的处理芯片速度跟不上模数转换芯片的最高速度，造成一定程度的资源浪费；很多平台上的资源不够，处理速度不够，无法实现数据采集，数据处理，数据上传的同步，限制了其应用场景；现有同类型产品在应用场景上，限于其自身采集处理能力，无法满足实时采集——上传的要求，只能对信号做出平均化的处理之后进行上传，限制了其在实变信号场景当中的应用。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提供一种数据采集处理速度快、稳定性好、且灵活性高的用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置。
本实用新型提供一种用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置，所述用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置包括至少一个采集模块、主控制模块、数据传输模块；每个采集模块均包括差分放大器、运算放大器及模数转换器；其中，所述差分放大器接收光电探测信号，所述运算放大器的输入端与差分放大器的输出端相连，所述模数转换器的输入端与运算放大器的输出端相连，所述模数转换器的输出端与所述主控制模块的输入端相连，用于输出采集到的数据信号；所述主控制模块包括现场可编辑逻辑门阵列，所述现场可编辑逻辑门阵列用于对采集到的数据信号进行处理，并输出时钟信号至所述模数转换器；所述数据传输模块用于将现场可编辑逻辑门阵列输出的处理后的数据信号上传至上位机。
进一步地，所述用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置包括实时采集模式及普通模式。进一步地，所述用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置还包括时钟管理模块，所述时钟管理模块用于接收输入时钟信号，并对输入时钟信号进行处理之后，将处理后的输入时钟信号发送至所述现场可编辑逻辑门阵列，以使得所述现场可编辑逻辑门阵列通过内部锁相环锁出多路同频时钟信号，并将多路同频时钟信号分别输出至多个模数转换器后接收多个模数转换器反馈的采集时钟。
进一步地，所述数据传输模块包括USB管理芯片，所述USB管理芯片与所述现场可编辑逻辑门阵列通过16位数据线相连。
进一步地，所述差分放大器通过SMA接口接收光电探测信号。
进一步地，所述现场可编辑逻辑门阵列还用于将外接激发脉冲通过第三SMA接口输出至光时域反射仪，以实现光时域反射仪中激光器的外触发功能。
进一步地，所述现场可编辑逻辑门阵列还用于通过第四SMA接口将内部触发信号输出至内部触发装置。
进一步地，所述用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置还包括电可擦可编程只读存储器和同步动态随机存储器。
本实用新型还提供一种光纤传感系统，包括上述的用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置。
本实用新型的用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置及光纤传感系统利用现场可编辑逻辑门阵列对采集到的数据信号进行处理，并输出时钟信号至模数转换器，从而使得数据采集处理速度快、稳定性好、且灵活性高。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。
附图说明
图1为本实用新型第一实施方式的用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置的电路结构示意图。
图2为本实用新型第二实施例的用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置的数据采集流程示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置及光纤传感系统其具体实施方式、方法、步骤、结构、特征及其功效，详细说明如下。
有关本实用新型的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明,当可对本实用新型为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用,并非用来对本实用新型加以限制。
图1为本实用新型第一实施方式的用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置的电路结构示意图。如图1所示，用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置包括至少一个采集模块(图中示出2个)10、主控制模块11、数据传输模块12。每个采集模块10均包括：差分放大器、运算放大器及模数转换器。
其中，两个差分放大器分别通过接口例如第一SMA接口、第二SMA接口接收光电探测信号。运算放大器的输入端与差分放大器的输出端相连，模数转换器的输入端与运算放大器的输出端相连。模数转换器的输出端与主控制模块的输入端相连，用于输出采集到的数据信号。主控制模块11包括FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编辑逻辑门阵列)，用于对采集到的数据信号进行处理，并输出时钟信号至模数转换器。数据传输模块12用于将FPGA输出的处理后的数据信号上传至上位机20。
在一实施方式中，数据传输模块12可以包括USB管理芯片，USB管理芯片与FPGA可以通过16位数据线相连，USB管理芯片用于动态存取FPGA输出的处理后的数据信号，并与上位机20进行数据交互。其中，USB管理芯片可以与FPGA相配合，采用同步数据上传的方式从而实现较高的数据上传速率，且由于采用USB接口实现数据传输，因此适配性广、灵活性高。
在一实施方式中，用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置还包括时钟管理模块13，时钟管理模块13用于接收输入时钟信号，并对输入时钟信号进行倍频、移相等响应的处理之后，将处理后的输入时钟信号发送至FPGA，FPGA通过内部锁相环锁出两路同频时钟信号，并将两路同频时钟信号分别输出至两个模数转换器，两个模数转换器再将其采集时钟反馈给FPGA，使得FPGA能在数据稳定时拿取数据，保证了数据拿取的稳定性。
在一实施方式中，FPGA还用于将外接激发脉冲通过第三SMA接口(图中未示出)输出至OTDR(Optical Time Domain Reflectometer，光时域反射仪)，以实现OTDR中激光器的外触发功能，FPGA还可以通过第四SMA接口(图中未示出)将内部触发信号输出至内部触发装置。
在一实施方式中，用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置还可以包括数据存储模块14。数据存储模块14可以包括EEPROM(Electrically Erasable ProgrammableRead-Only Memory，电可擦可编程只读存储器)及SDRAM(Synchronous Dynamic RandomAccess Memory，同步动态随机存储器)，其中，电可擦可编程只读存储器可以采用SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)与FPGA相连。
在一实施方式中，用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置还可以包括电源管理模块(图中未示出)，电源管理模块用于为用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置的各个元件提供合适的工作电源。
图2为本实用新型第二实施例的用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置的操作流程示意图。用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置包括实时采集模式及普通模式。如图2所示，用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置的操作流程包括如下步骤：
步骤S201：系统上电；
步骤S202：数据采集信号处理装置进行复位；
步骤S203：判断是否接收到上位机发送的开始采集指令；
若未接收到上位机发送的开始采集指令，则返回步骤S203；
若接收到上位机发送的开始采集指令，则进入步骤S204：开始进行数据采集；
步骤S205：判断采集工作模式是否为实时工作模式；
若采集工作模式是实时工作模式，则进入步骤S206：FPGA与模数转换器配合进行高速采集；
步骤S207：将数据实时上传至上位机；
步骤S208：判断是否检测到采集结束指令；
若未接收到采集结束指令，则返回步骤S205；
若接收到采集结束指令，则进入步骤S209：采集结束；
若采集工作模式不是实时工作模式，则进入步骤S210：FPGA与模数转换器配合进行普通模式采集并运行平均算法；
步骤S211：判断是否检测到平均算法完成标志；
若未接收到平均算法完成标志，则返回步骤S210；
若接收到平均算法完成标志，则进入步骤S212：将平均完成标志置高；
步骤S213：接收上位机发送的数据上传指令；
其中，上位机在查询到平均完成标志时则发送数据上传指令。
步骤S214：将数据上传至上位机；
步骤S215：判断是否检测到采集结束指令；
若接收到采集结束指令，则返回步骤S209；
若未接收到采集结束指令，则返回步骤S203。
本实用新型的用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置在涉及到快速物理变量采集与测量的场景时，若采样普通模式将消耗较多时间进行大量数据的采集与数据平均，在较大程度上影响到快速变量的数据采集与测量，因此，在涉及到快速物理变量采集与测量时，由于数据采集所需时间与数据传输所需时间相比占用的时间短，因此，采取接收到单次指令后循环采集并实时上传，以实现高速信号实时上传。当用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置在涉及到缓变物理变量采集与测量，且对信号的精准度有较高的要求时，采取接收采集指令后开始采集，并对信号平均处理后在接收到上传指令时进行数据上传，以适应缓变物理变量采集与测量，且对信号的精准度有较高的要求的场景。
本实用新型还提供一种光纤传感系统，光纤传感系统包括上述的用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置，用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置的具体结构请参考如图1所示的描述，在此不再赘述。
本实用新型的用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置及光纤传感系统利用FPGA对采集到的数据信号进行处理，并输出时钟信号至模数转换器，从而使得数据采集处理速度快、稳定性好、且灵活性高。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置，其特征在于，所述用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置包括至少一个采集模块、主控制模块、数据传输模块；
每个采集模块均包括差分放大器、运算放大器及模数转换器；其中，所述差分放大器接收光电探测信号，所述运算放大器的输入端与差分放大器的输出端相连，所述模数转换器的输入端与运算放大器的输出端相连，所述模数转换器的输出端与所述主控制模块的输入端相连，用于输出采集到的数据信号；
所述主控制模块包括现场可编辑逻辑门阵列，所述现场可编辑逻辑门阵列用于对采集到的数据信号进行处理，并输出时钟信号至所述模数转换器；
所述数据传输模块用于将现场可编辑逻辑门阵列输出的处理后的数据信号上传至上位机。
2.如权利要求1所述的用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置，其特征在于，所述用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置包括实时采集模式及普通模式。
3.如权利要求1或2所述的用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置，其特征在于，所述用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置还包括时钟管理模块，所述时钟管理模块用于接收输入时钟信号，并对输入时钟信号进行处理之后，将处理后的输入时钟信号发送至所述现场可编辑逻辑门阵列，以使得所述现场可编辑逻辑门阵列通过内部锁相环锁出多路同频时钟信号，并将多路同频时钟信号分别输出至多个模数转换器后接收多个模数转换器反馈的采集时钟。
4.如权利要求1或2所述的用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置，其特征在于，所述数据传输模块包括USB管理芯片，所述USB管理芯片与所述现场可编辑逻辑门阵列通过16位数据线相连。
5.如权利要求1所述的用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置，其特征在于，所述差分放大器通过SMA接口接收所述光电探测信号。
6.如权利要求1所述的用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置，其特征在于，所述现场可编辑逻辑门阵列还用于将外接激发脉冲通过第三SMA接口输出至光时域反射仪，以实现光时域反射仪中激光器的外触发功能。
7.如权利要求1或6所述的用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置，其特征在于，所述现场可编辑逻辑门阵列还用于通过第四SMA接口将内部触发信号输出至内部触发装置。
8.如权利要求1所述的用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置，其特征在于，所述用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置还包括电可擦可编程只读存储器和同步动态随机存储器。
9.一种光纤传感系统，其特征在于，包括如权利要求1所述的用于光纤传感系统的数据采集信号处理装置。
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|---|---|---|---|---|
| CN109341892A (zh) * | 2018-08-20 | 2019-02-15 | 苏州光格设备有限公司 | 用于分布式光纤测温的数据采集电路及数据处理方法 |
| CN113485634A (zh) * | 2021-07-05 | 2021-10-08 | 中国科学技术大学先进技术研究院 | 信号采集装置、数据传输方法及信号读出装置 |
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